现浇空心楼盖^[1,2]是在实体板内部按一定规律放置一次性内置模, 用内置模替换部分混凝土, 以减少混凝土用量, 减轻结构自重。近十余年来, 随着材料、工艺技术的进步, 现浇混凝土空心楼盖由于其较小的结构高度和较好的经济指标而在大柱网公共建筑中得到应用, 如停车场、商场等。文献[3]、文献[4]以实体板为初始对象, 以挖空率、刚度等为目标函数, 采用拓扑优化理论和方法并结合结构理论和工程经验, 得到几种新型空心无梁楼盖结构形式, 9区格式无梁楼盖即为其中一种。9区格式无梁楼盖由暗框梁、肋梁、上下层混凝土板组成, 暗框梁与肋梁将上下层板划分成8个梯形和1个矩形, 共9个区格。施工方面, 以磷石膏空腔模壳^[5,6]作为永久性内置模, 板、肋梁钢筋绑扎完毕后, 一次性浇筑混凝土即形成9区格式无梁楼盖。9区格式无梁楼盖示意见图1。

　　 对比周边简支双向实体板^[7]在均布荷载作用下的变形特征, 9区格式无梁楼盖的肋梁恰好布置于实体板的裂缝开展区及塑性铰线附近, 另外单块区格板跨度小, 板内最大应力较小。因此, 理论上, 9区格式无梁楼盖的肋梁布置是合理的。由于空腔部分的体积大且分布集中, 9区格式无梁楼盖便于模壳定位和安装, 同时该结构的肋梁数量少, 钢筋绑扎量小。因此, 9区格式无梁楼盖施工上较传统空心楼盖更为方便。

　　 9区格式无梁楼盖结构尚无工程先例, 对其进行试验研究是必要的, 因此本文对该类结构进行基本的静力试验研究, 摸索其施工工艺, 了解其基本力学性能, 以期在工程中得到应用。

　　 为具有工程代表性, 试验采用柱网为9.6m×9.6m的四点支承单跨9区格式无梁楼盖的1/2缩尺模型, 共1个, 缩尺结构模板图及配筋图见图2。缩尺结构模型按4.0kN/mm²的使用荷载设计;混凝土强度等级为C35, 肋梁和柱箍筋采用HPB235, 其余钢筋采用HRB400;柱高1m, 柱脚为固定约束, 柱顶与楼盖刚性连接。缩尺结构模型施工过程见图3。

　　 试验为结构静力试验, 仅测试其挠度和应变, 测点布置时考虑结构的对称性, 挠度测点布置见图4, 应变测点布置见图5 (括号外的编号为板面应变测点, 括号内编号为板底应变测点) , 板底和板面应变测点在同一竖直线上。

　　 图4 挠度测点布置

　　 图5 应变测点布置

　　 试验不考虑结构破坏阶段, 最终荷载值取为10kN/m²。以均铺铁块的方式模拟均布荷载, 采用分级加载制度, 各级荷载及持荷时间见表1。

　　 观测设备有静态应变测试仪、位移计、裂缝观测仪、电阻应变片 (尺寸为100mm×3mm) , 应变测试仪与电脑连接, 自动记录应变。试验中, 每级荷载加载完成0.5h后记录挠度、裂缝及应变。试验现场见图6。

　　 图6 试验现场

　　 试验全过程所得挠度-荷载曲线见图7。曲线在荷载为4kN/m²时发生转折, 推断此时结构出现了裂缝并开始产生塑性变形。对称布置的测点4和8、测点5和7的曲线很接近, 表明测试方法和结果是可靠的。由于卸载是从楼盖的一侧开始的, 未对称进行, 因此各测点曲线在卸载段曲率不同;最终, 卸载结束后结构有不可恢复的塑性变形。

　　 在保持10kN/m²的荷载静置阶段, 每隔一段时间观测挠度, 结果见表2。静置前12h内挠度增长较快, 12h后几乎不再增长。24h时测点6挠度最大, 为10.86mm, 但远小于《混凝土结构设计规范》 (GB 50010—2010) ^[8]规定的挠度限值L/200 (L为板跨度) , 即22.5mm, 说明9区格式无梁楼盖具备足够的刚度, 抗弯能力强, 其变形特征与实体板基本相同。

　　 结构裂缝开展及分布见图8, 具体发展过程如下:加载至4kN/m²时, 跨中矩形区格板底首次出现裂缝, 裂缝最大宽度为0.1mm;加载至5kN/m²时, 矩形区格板底裂缝继续发展, 裂缝最大宽度为0.16mm;加载至6kN/m²时, 矩形区格板底裂缝发展到最大宽度0.18mm, 同时, 柱角区域的板面首次出现裂缝;加载至7kN/m²时, 矩形区格板底裂缝延伸至肋梁向梯形区格发展, 裂缝最大宽度为0.21mm, 柱角区域板面裂缝轻微发展;加载至8kN/m²时, 矩形区格板底裂缝持续发展, 梯形区格板底裂缝发展迅速, 板底裂缝最大宽度为0.24mm, 板面4个柱角区域裂缝基本形成连贯裂缝, 板面裂缝最大宽度为0.11mm;加载至8.8kN/m²时, 梯形区格板底出现更多裂缝并延伸至暗梁, 板底裂缝最大宽度为0.26mm, 板面4个柱角区域裂缝形成连贯裂缝, 板面裂缝最大宽度为0.14mm;加载至9.5kN/m²时, 各区格板的裂缝继续发展, 形成更多连贯裂缝, 板底裂缝最大宽度为0.29mm, 板面4个柱角区域第二道裂缝基本形成, 板面裂缝最大宽度为0.17mm;最后加载到10kN/m²时, 板底裂缝最大宽度已达0.31mm, 板面4个柱角区域形成第二道连贯裂缝, 板面裂缝最大宽度为0.19mm, 在暗梁跨中和柱外角处亦发现少许裂缝, 裂缝长度在1～2cm间, 宽度在0.1mm内。

　　 将图8与周边简支双向实体板在均布荷载作用下的裂缝开展过程对比可知, 9区格式无梁楼盖与实体板的破坏特征不同, 没有沿45°方向出现并向四角扩展的裂缝, 表明其塑性铰线与实体板不同, 肋梁可起到阻滞裂缝发展的作用, 可以认为9区格式无梁楼盖的肋梁布置是合理的。

　　 整理分析19对应变测点的数据, 其中12对测点数据较为完整、合理, 绘制其相应的应变-荷载曲线, 见图9, 其规律及特点如下:1) 测点17和测点36的应变-荷载曲线变化趋势相同, 其余11对测点的应变-荷载曲线变化趋势均相反;2) 加载前期, 应变与荷载大致呈线性关系, 当荷载超过4kN/m²后, 应变与荷载呈非线性关系, 这是由材料不匀质、混凝土开裂并产生塑性变形造成的;3) 板面柱角区域 (测点1) 为拉应变, 板面中间区域 (测点4, 5, 8, 11～15, 18, 19) 为压应变;4) 板底中间区域 (测点23, 24, 27, 30～34, 37, 38) 为拉应变, 板底柱角区域 (测点20) 为压应变;5) 测点1, 31, 37在加载后期所采集到的数据出现异常, 推断应变片可能出现故障, 故应变-荷载曲线未体现测点1, 31, 37在加载后期的数据。

　　 图9 试验应变-荷载曲线

　　 (1) 9区格式无梁楼盖缩尺结构模型表现出了较好的静力学性能, 达到设计荷载前, 结构保持良好的线弹性。设计荷载 (4kN/m²) 下, 结构最大挠度为跨度的1/2 485;超载150%情况下, 结构最大挠度为跨度的1/396, 结构变形特征与实体板类似。

　　 (2) 试验加载过程中, 板底裂缝首先产生在跨中矩形区格底面, 并由矩形区格往周边梯形区格和内部肋梁边发展;板面裂缝主要产生在支座区域。楼盖并未产生沿45°方向向四角扩展的裂缝, 裂缝走势与实体板不同。说明肋梁可起到阻碍裂缝发展的作用, 肋梁网格布置合理。

　　 (3) 整个加载-卸载过程中, 结构始终保持完好的几何形状。荷载达到10kN/m²时, 最大挠度为10.86mm, 板底裂缝最大宽度为0.31mm, 板面最大裂缝宽度为0.19mm, 此时结构仍具有承载能力。由此可见, 结构刚度大, 承载力好, 适用于荷载和跨度较大的多层建筑的楼盖结构。